近日，Food Hydrocolloids在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队研究成果“Exploring the mechanism of amylose/amylopectin improving formation of yeast-soy protein high-moisture extrudates based on small and large amplitude oscillatory shear rheology” (Liu et al.,Food Hydrocolloids, 2024, 153, 110062)。刘潇助理研究员为论文第一作者兼通讯作者。
与传统肉制品相比，以大豆蛋白为主要原料的植物基肉制品更具绿色可持续效益。与大豆蛋白相比，酵母蛋白具有更高的生产效率和更全面的氨基酸组成，是新质生产力的典型代表。然而，前期研究发现在高水分挤出过程中，酵母蛋白替代大豆蛋白达到50%时无法形成纤维结构。此外，由于挤出条件被视为是“黑箱”过程，难以对挤出物结构进行实时监测。探索挤出过程的高温高剪切影响因素和机理，建立模型指导挤出过程，有助于实现对酵母蛋白基高水分挤出物结构的有效控制。
针对上述问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员根据“相分离”理论，在50%酵母蛋白占比基础上，添加不同类型淀粉替代部分大豆蛋白。通过使用闭腔流变仪模拟高水分挤出过程（混合、熔融、冷却和挤出），研究淀粉添加（直链淀粉/支链淀粉）对50%酵母蛋白占比挤出物结构的影响及形成机制。研究人员首先观察了挤出物的宏观和微观结构，发现添加淀粉可以改善挤出物结构，但不同类型淀粉对改善效果有差异。随后对挤出物进行两相分布观察，发现直链淀粉促进蛋白聚集，形成“分离相分离”；支链淀粉与蛋白的相互作用增强，形成“缔合相分离”。在动态机械分析中发现，与直链淀粉相比，支链淀粉显著提高了挤出物的纤维化程度并提高其抗拉伸能力。此外，通过小振幅振荡剪切（SAOS）技术检测挤出过程中的流变特性并建立质构纹理图。在混合和熔融区，直链淀粉降低了蛋白和淀粉相的混溶性，而支链淀粉对蛋白质网络的完整性和均一性具有积极影响。支链淀粉可以将挤出物转化为“糊”状，有助于重建蛋白质网络。
为进一步探究高水分挤出过程中的结构变化情况，研究人员使用大振幅振荡剪切（LAOS）技术绘制利萨茹曲线并计算能量耗散比。在曲线中观察到添加淀粉的挤出物显示出“二次环”结构，表明淀粉影响分子链的断裂和重建速率，从而改变高应变下蛋白质网络的重排速率。与添加直链淀粉和混合淀粉类型的挤出物相比，支链淀粉具有更为明显的二次环曲线，表明其提高了挤出物的结构稳定性。在冷却区低应变下添加支链淀粉挤出物表现出最高的能量耗散，表明该材料具有更高塑性，有助于在冷却区形成纤维结构。
上述研究工作得到了中央高校基本科研专项资金（JUSRP122046）、安琪酵母股份有限公司项目的资助。
图1 挤出物的宏观结构图像 A：YP-SPI 挤出物，B：添加直链淀粉的挤出物，C：添加支链淀粉的挤出物，D：添加直链/支链淀粉的挤出物
图2 挤出物的扫描电镜观察
图3 挤出物的弹性利萨如曲线
图9 挤出物在30℃（A）、加热至140℃（B）、冷却至100℃（C）和冷却至30℃（D）时耗散比图
（编辑：潘梦妍）
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